CN102418813A - 一种新型铜铝复合管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜铝复合管，特别涉及内层为铜层、外层为铝层的一种新型铜铝复合管，本发明属于金属管材加工制造领域。本发明包括铜层(1)和铝层(2)，铜层(1)在内，铝层(2)在外，在铜层(1)和铝层(2)之间设置有中间夹层(3)，中间夹层(3)为锰层、镍层、铬层中的任一种，在铜层(1)和中间夹层(3)之间具有第一冶金结合层(4)，中间夹层(3)和铝层(2)之间具有第二冶金结合层(5)。本发明好处是：(1)品质优良，机械性能好。能实现正常退火，具有十分优良的焊接性。退火温度比一般铜铝复合管高100℃左右，焊接温度最高可达到500℃；(2)生产效率高，成本低，适用范围广。本发明完全可替代铜及铜合金管。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜铝复合管，特别涉及内层为铜层、外层为铝层的一种新型铜铝复合管，本发明属于金属管材加工制造领域。
背景技术
铜及铜合金管做为流体的输送管在建筑、制冷、空调、冰箱、太阳能、热水器、冷凝器、散热器等领域和产品上被广泛地应用，这是由于铜和铜合金具有良好的耐蚀性、导热性和良好的机械性能等，但是铜及铜合金管却存在着资源有限、价格高、比重大等缺陷。为了弥补上述不足，人们偿试用资源丰富、价格低、比重小的铝及合金管来替代铜及铜合金管，虽然铝的价格仅为铜的1/3，而其比重也仅有铜的1/3，但是铝管与铜管相比却存在着强度低、导热性和耐蚀性差以及综合机械性能差等缺陷，因此用铝及铝合金管来代替铜及铜合金管，在很多场合无法满足质量要求，致使铝及铝合金管无法替代铜及铜合金管。因此人们开始研制兼顾铜铝两种金属优点的铜铝复合管来替代铜及铜合金管，用以弥补铜及铜合金管所存在的缺陷。
铜铝复合管有四种型式。第一种中间为铜层、内外复合铝层的铜铝复合管，这种铜铝复合管在性能上就如同纯粹的铝及其合金管材，不但没有克服铝管的缺陷，还带来加工困难、成本较高的问题，因此并无实际应用价值；第二种内面为铝层、外表面复合铜层的铜铝复合管，即铜包铝管，由于在建筑、制冷等领域使用时，一般是管材的内层与所传输的流体相接触，因此内面为铝层、外表面复合铜层的第二种铜铝复合管很难满足要求，因此这种铜铝复合管应用范围十分有限；第三种外面为铝层、内表面复合铜层的铜铝复合管，即铝包铜管，这种铜铝复合管主要是利用铜及铜合金的耐腐蚀性将铜及铜合金做为复合管的内层与所传输的流体相接触，将铝及铝合金放在管的外层做为管道的支承体保证管道的强度和刚度，与铜及铜合金管相比，这种铜铝复合管重量轻、材料成本低，且耐蚀性、导热性以及机械性能等十分优良，是理想的铜及铜合金管替代产品，因而也是目前被广泛应用的一种铜铝复合管；第四种中间为铝层、内外复合铜层的铜铝复合管，由于第三种外面为铝层、内表面复合铜层的铜铝复合管已完全能满足使用要求，因此第四种比第三种多复合上外层的铜层，这不但会加大制造加工的难度和成本，更重要的是缺少开发的必要性，因此第四种铜铝复合管也很少应用。
基于以上原因，目前被广泛应用替代铜及铜合金管的是第三种铜铝复合管，但是如果这种铝包铜复合管品质不好，便失去了其应有的良好机械性能等优点，后续加工后会出现分层、剥离、皱褶、破裂、无法进行正常退火处理、焊接性能差等缺陷。公开号为CN1843646A、公开日2006年10月11日、名称为《一种铜铝复合管材的制造方法及该方法制造的铜铝复合管材》的中国专利，公开了一种制造铝包铜管的方法及该种方法制造的铜铝复合管，该发明方法是采用行星轧管机对事先穿好的铝包铜管进行高温、高压、大变形轧制，单道次的断面收缩率为50％～95％，出口轧制速度为5m/mim～30m/mim，在轧制过程中，变形区的温度升至200℃～600℃，该方法可以实现铜铝之间的冶金结合，再经后道次的拉伸，最终可以生产出具有冶金结合的铝包铜管。这种方法制造的铝包铜复合管，在铜层和铝层结合面处，由所述铜层和所述铝层相互扩散形成一实现所述铜层和所述铝层冶金结合的结合层，且铜层优选铜及铜合金层，铝层优选铝及铝合金层。这种方法制造的铝包铜复合管是目前最好的铝包铜复合管，这种铜铝复合管比现有的其它方法制造的铝包铜管品质好，具备良好的机械性能，后续加工后一般不易出现分层、剥离、皱褶等缺陷。但是这种铜铝复合管却还存在着如下缺陷：(1)铜层和铝层进行复合，虽然形成了冶金结合层，但理论上铜铝在548℃要生成脆性的共晶相铜铝合金CuAl2，由于加工过程中该冶金结合层为原子间扩散形成的原子间金属键，在温度超过360℃时长时间退火就能生成脆性的共晶相CuAl2铜铝合金，导致铜铝复合管分层、冶金结合层破裂，这是由于铜层和铝层复合所形成的金属间化合物为性能偏硬、偏脆性的化合物，因此很难进行标准温度下的退火处理，由于不能采用正常退火温度进行处理导致管材的延伸性能下降，在实际使用中适用范围大大受限。而铜铝复合管在空调制冷等领域的应用需要具有良好的扩口和弯曲性能，在制造管件过程中需要进行管与管之间的焊接，这种铜铝复合管不能承受360℃以上的焊接温度，当温度超过360℃时，冶金结合层就会变成金属间化合物而破裂；(2)这种铜铝复合管很难采用复合连铸的方法制造管坯，只能用铝管和铜管除油打磨后穿管轧制，致使生产效率低，制造成本大大提高。人们一直对铜层与铝层复合进行着不懈地研究，但在焊接、退火、延伸性等机械性能以及生产效率和制造成本上，难以实现铜铝复合管实质性的突破。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种品质优良、机械性能好、适用范围广、生产效率高、成本低的一种新型铜铝复合管。
实现上述目的的技术方案是：一种新型铜铝复合管，包括铜层和铝层，铜层在内，铝层在外，在铜层和铝层之间设置有中间夹层，中间夹层为锰层、镍层、铬层中的任一种，在铜层和中间夹层之间具有第一冶金结合层，中间夹层和铝层之间具有第二冶金结合层。
进一步，所述第一冶金结合层为在铜层和中间夹层的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第二冶金结合层为在中间夹层和铝层的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层。
进一步，所述铜层为铜及铜合金层。
进一步，所述铝层为铝及铝合金层。
进一步，所述中间夹层的锰层为金属锰层，所述中间夹层的镍层为金属镍层，所述中间夹层的铬层为金属铬层。
进一步，所述铜层、中间夹层和铝层的厚度比为1∶0.001～0.05∶1～25。
进一步，所述第一冶金结合层的厚度为1μm～10μm，所述第二冶金结合层的厚度为1μm～10μm。
更进一步，所述第一冶金结合层的厚度为4μm～5μm，所述第二冶金结合层的厚度为4μm～5μm。
采用上述技术方案的好处是：本发明一改人们长久以来认为铜铝复合管只能是铜层和铝层进行复合的传统技术偏见，在实质上突破了铜铝复合管的概念，借助于铜层和铝层之间的其它材料的中间夹层来克服铜铝复合管的缺陷，在保持铝包铜型式的铜铝复合管优点的基础上，巧妙地增加了中间夹层的技术方案，真正兼容了铜和铝两种金属的优点，解决了长久以来一直难以解决的技术难题。使本发明具有以下优点：(1)品质优良，机械性能好。本发明在铜层和中间夹层之间具有第一冶金结合层，在中间夹层和铝层之间具有第二冶金结合层，中间夹层为锰层、镍层、铬层中的任一种，本发明铜层和中间夹层复合时所形成的第一冶金结合层的金属间化合物为韧性化合物，中间夹层和铝层复合时所形成的第二冶金结合层的金属间化合物也为韧性化合物，因此本发明这一新型铜铝复合管能实现正常退火，具有十分优良的焊接性。本发明采用的退火温度比一般铜铝复合管高100℃左右，本发明可以在常规的井式炉、连续退火炉中退火，而一般的铜铝复合管只能在感应退火中瞬间加热退火。本发明的焊接温度比一般铜铝复合管提高，最高可达到500℃，本发明的延伸性能等非常好，具有非常好的扩口和弯曲性能，焊接效果好，本发明后续加工后不会出现分层、剥离、皱褶、破裂等现象。因此本发明品质优良，机械性能好，适用范围大大扩宽；(2)生产效率高，成本低，适用范围广。本发明能满足后续加工和使用要求，且本发明制造时制坯工序简单，可以复合连铸生产空心复合管坯，使得生产效率大大提高，制造本发明复合管的成本大大降低。同时采用本发明后，大大减少了对较昂贵铜材的使用量，使得在保证要求的情况下原材料成本大大降低。因此本发明成本低。本发明完全可替代铜及铜合金管，可广泛用于建筑、制冷、空调、冰箱、太阳能、热水器、冷凝器、散热器等领域和产品上，适用范围广。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1.铜层，2.铝层，3.中间夹层，4.第一冶金结合层，5.第二冶金结合层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图所示，一种新型铜铝复合管，包括铜层1和铝层2，铜层1在内，铝层2在外，在铜层1和铝层2之间设置有中间夹层3，铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.002∶7.2。所述铜层1为铜及铜合金层，所述铝层2为铝及铝合金层，中间夹层3为锰层，中间夹层3的锰层为金属锰层。在铜层1和中间夹层3之间具有第一冶金结合层4，第一冶金结合层4为在铜层1和中间夹层3的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第一冶金结合层4为铜锰冶金结合层，第一冶金结合层4的厚度为5μm。中间夹层3和铝层2之间具有第二冶金结合层5，第二冶金结合层5为在中间夹层3和铝层2的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第二冶金结合层5为铝锰冶金结合层，第二冶金结合层5的厚度为8μm。
实施例二
如图所示，一种新型铜铝复合管，包括铜层1和铝层2，铜层1在内，铝层2在外，在铜层1和铝层2之间设置有中间夹层3，铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.0136∶5.45。所述铜层1为铜及铜合金层，所述铝层2为铝及铝合金层，中间夹层3为镍层，中间夹层3的镍层为金属镍层。在铜层1和中间夹层3之间具有第一冶金结合层4，第一冶金结合层4为在铜层1和中间夹层3的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第一冶金结合层4为铜镍冶金结合层，第一冶金结合层4的厚度为3μm。中间夹层3和铝层2之间具有第二冶金结合层5，第二冶金结合层5为在中间夹层3和铝层2的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第二冶金结合层5为铝镍冶金结合层，第二冶金结合层5的厚度为5μm。
实施例三
如图所示，一种新型铜铝复合管，包括铜层1和铝层2，铜层1在内，铝层2在外，在铜层1和铝层2之间设置有中间夹层3，铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.004∶1。所述铜层1为铜及铜合金层，所述铝层2为铝及铝合金层，中间夹层3为铬层，中间夹层3的铬层为金属铬层。在铜层1和中间夹层3之间具有第一冶金结合层4，第一冶金结合层4为在铜层1和中间夹层3的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第一冶金结合层4为铜铬冶金结合层，第一冶金结合层4的厚度为7μm。中间夹层3和铝层2之间具有第二冶金结合层5，第二冶金结合层5为在中间夹层3和铝层2的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第二冶金结合层5为铝铬冶金结合层，第二冶金结合层5的厚度为10μm。
实施例四
如图所示，与实施例一基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.001∶15，第一冶金结合层4的厚度为4μm，第二冶金结合层5的厚度为6μm。
实施例五
如图所示，与实施例二基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.05∶25，第一冶金结合层4的厚度为1μm，第二冶金结合层5的厚度为3μm。
实施例六
如图所示，与实施例三基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.008∶20，第一冶金结合层4的厚度为10μm，第二冶金结合层5的厚度为10μm。
实施例七
如图所示，与实施例一基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.005∶3，第一冶金结合层4的厚度为2μm，第二冶金结合层5的厚度为4μm。
实施例八
如图所示，与实施例二基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.045∶18，第一冶金结合层4的厚度为1μm，第二冶金结合层5的厚度为1μm。
实施例九
如图所示，与实施例三基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.025∶10，第一冶金结合层4的厚度为3μm，第二冶金结合层5的厚度为4μm。
实施例十
如图所示，与实施例一基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.006∶1.5，第一冶金结合层4的厚度为4μm，第二冶金结合层5的厚度为5μm。
实施例十一
如图所示，与实施例二基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.03∶16，第一冶金结合层4的厚度为5μm，第二冶金结合层5的厚度为5μm。
实施例十二
如图所示，与实施例三基本相同，不同的是铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比为1∶0.009∶12，第一冶金结合层4的厚度为4μm，第二冶金结合层5的厚度为4μm。
除上述实施例外，本发明铜层1、中间夹层3和铝层2的厚度比还可以优选1∶0.001～0.05∶1～25的任意值。第一冶金结合层4的厚度还可以优选1um～10μm的任意值，第一冶金结合层4的厚度更进一步的优选值为4μm～5μm。第二冶金结合层5的厚度还可以选1μm～10μm的任意值，第二冶金结合层5的厚度更进一步的优选值为4μm～5μm。第一冶金结合层4和第二冶金结合层5的厚度既可以相同，也可以不同。本发明中μm为微米。
本发明的铜铝复合管制作时可利用三辊行星轧管机对复合管坯进行单道次延伸率为5～16，轧机主轴转速为200rpm～450rpm，出变形区时温度为250℃～550℃的轧制，复合管的界面在变形热作用下，结合面出现大比例新鲜金属和轧制压力共同作用下生成的原子扩散层。在该轧制条件下，处于变形区内的铜层和中间夹层的结合面以及中间夹层与铝层的结合面，产生足够的过热度以发生动态恢复再结晶，使得变形区内的铜层和中间夹层结合面、中间夹层与铝层结合面均相互发生原子渗透，实现第一冶金结合层和第二冶金结合层的冶金结合。又由于行星轧管机对复合管坯可进行连续地高变形速度、大变形量的轧制，可使被轧制的管坯连续地进入行星轧管机，则在变形区内的铜层和中间夹层结合面、中间夹层和铝层结合面也就产生连续的动态恢复再结晶，实现连续的冶金结合，从而使铜层和中间夹层的结合面以及铝层和中间夹层的结合面均实现了冶金结合。
本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种新型铜铝复合管，包括铜层(1)和铝层(2)，铜层(1)在内，铝层(2)在外，其特征在于：在铜层(1)和铝层(2)之间设置有中间夹层(3)，中间夹层(3)为锰层、镍层、铬层中的任一种，在铜层(1)和中间夹层(3)之间具有第一冶金结合层(4)，中间夹层(3)和铝层(2)之间具有第二冶金结合层(5)。
2.根据权利要求1所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述第一冶金结合层(4)为在铜层(1)和中间夹层(3)的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层，第二冶金结合层(5)为在中间夹层(3)和铝层(2)的结合面处二者相互扩散形成的冶金结合层。
3.根据权利要求1所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述铜层(1)为铜及铜合金层。
4.根据权利要求1所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述铝层(2)为铝及铝合金层。
5.根据权利要求1所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述中间夹层(3)的锰层为金属锰层，所述中间夹层(3)的镍层为金属镍层，所述中间夹层(3)的铬层为金属铬层。
6.根据权利要求1所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述铜层(1)、中间夹层(3)和铝层(2)的厚度比为1∶0.001～0.05∶1～25。
7.根据权利要求1所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述第一冶金结合层(4)的厚度为1μm～10μm，所述第二冶金结合层(5)的厚度为1μm～10μm。
8.根据权利要求7所述的一种新型铜铝复合管，其特征在于：所述第一冶金结合层(4)的厚度为4μm～5μm，所述第二冶金结合层(5)的厚度为4μm～5μm。
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